专题五十五 微型同步电机（课件）-河北省对口升学《电机与变压器》（第5版）(高教社）专题复习讲练测

《电机与变压器》（第5版） 高教社 专题五十五 微型同步电机 目录 01 考纲解读 04 内容归纳小结 02 知识点梳理和重点概念复习 03 真题或常考题讲解 2 考纲解读—常见考点 03 02 01 给出电机转子结构描述或应用场景，要求判断对应微型同步电机的类型（永磁式、反应式、磁滞式） 列出电机特点，要求匹配对应的适用设备；或根据设备需求（如“需低噪声、无需复杂启动结构”），选择合适的电机类型 简述某类微型同步电机的转矩来源，或比较三类电机的启动差异（如“是否需要启动绕组”） 考纲解读—考试要求 掌握三类微型同步电机的特点及典型用途——此考点贴合职高“理论联系实操”的培养目标，强调“特性与场景的匹配”。 理解三类微型同步电机的工作原理及启动方式——此考点强调“原理与实际启动逻辑”的结合，以定性理解为主。 掌握永磁式、反应式、磁滞式微型同步电机的基本结构与分类。 4 考纲解读—易考题型 简述控制用微型同步电机三种结构的主要区别 简答题 结合当前智能家居、汽车电子等领域，谈谈微型同步电机的发展趋势及对这些领域的影响 论述题 关于磁滞效应，下列说法正确的是（ ） 选择题 5 知识点梳理和重点概念复习—知识点思维导图 知识点梳理和重点概念复习 1.基本结构 永磁式同步电机可分为异步启动式、磁滞启动式和爪极自启动式三种结构。 (1)异步启动式永磁同步电机异步启动式永磁同步电机的外观结构和异步电动机相似其定子铁心上嵌放三相或单相绕组。转子除永磁体磁极外,还有铜条或铸铝的笼型绕组,作用是供异步启动和同步运行时作阻尼绕组用。 一、永磁式微型同步电机 知识点梳理和重点概念复习 异步启动式永磁同步电机转子结构如图8-42所示。通常包括星形转子和并联磁路转子两类。图8-42(a)所示为星形转子,其极靴成圆环形的内侧开有缺口,极靴上有笼型绕组。星形转子采用剩磁较高的铝镍钻永磁材料。图8-42(b)所示为两极并联磁路转子,因永磁体很薄,因而面积很大,其转轴中间部分做成1字形,它适用于铁氧体永磁材料。图8-42(c)所示为笼型转子轴向安装的永磁同步电机转子,这种转子可缩小电机外径。 一、永磁式微型同步电机 知识点梳理和重点概念复习 (2)磁滞启动式永磁同步电机 磁滞启动永磁同步电机转子结构如图8-43所示。它的定子铁心槽中设置单相或三相绕组,转子上没有绕组,在永磁体外层用剩磁较大而矫顽力较小的硬磁材料制作的有效层磁滞环。其中,图(a)为径向式,图(b)为轴向式。 一、永磁式微型同步电机 知识点梳理和重点概念复习 (3)爪极自启动永磁同步电机自启动永磁同步电机定子一般制成带环形绕组的爪极,(罩极)转子为永磁体制成的圆环,径向充磁呈多个磁极。这种电动机没有笼型绕组,也没有磁滞环，不能产生异步转矩或磁滞转矩,启动和牵人同步都靠同步转矩。这种电动机极数很多,可达到16~48极,所以同步转速低,尺寸很小,转子惯性矩很小,在同步转矩的作用下转子很快升速而牵入同步，如图所示为自启动永磁同步电机典型结构,其中,图(a)为罩极式,图(b)为非罩极式 一、永磁式微型同步电机 知识点梳理和重点概念复习 2.工作原理——永磁式同步电机虽然有三种不同的结构形式,但是其基本原理是相同的。主要是由定子绕组产生旋转磁场,转子的主体由永久磁钢制成,这和大型同步电机的原理是相同的。所不同的是启动装置有所区别,但工作原理与大型同步电机也是相同的。如异步启动原理与大型同步电机相同,罩极式同步电机与单相罩极式异步电机道理是相同的。磁滞环启动式电机的启动原理是:当定子通以交流电形成旋转磁场时,被磁化的转子磁滞环,由于磁滞作用,它的磁场仍保持落后位置,与定子旋转磁场之间存在磁滞角。它们之间产生切向磁拉力,形成磁滞转矩,在其作用下,电机转子朝着定子磁场转动的方向转动。电动机借助磁滞转矩启动。当电动机转速接近同步转速时,转子磁场与旋转磁场近于相对静止状态，转子已近于恒定磁化,与转子内部永久磁铁成为一体,被牵入同步运行。这时磁滞环启动电机就成为永磁式同步电机了。 一、永磁式微型同步电机 知识点梳理和重点概念复习 3.特点与用途 永磁式同步电机的效率和功率因数都比较高,在同样体积下,其输出功率也较大。但永磁式同步电机除自动启动式外,没有启动能力,且不可在异步状态下运行。永磁同步电机广泛应用于恒速驱动装置，例如如,化学纤维工业的高精度同步驱动装置;由逆变器供电的变频调速装置,其功率为 0.4~750kW,供电频率为20~300Hz。 一、永磁式微型同步电机 知识点梳理和重点概念复习 1.基本结构——反应式同步纵电洖連机是利用转子的交轴和直轴对磁通的反应不同而产生转矩的电动机。这类电动机也称磁阻頏式同步电机。反应式同步电机通常由笼型异步电动机派生而来,它的定子结构与异步电动机基本相同。转子可由异步电动机转子铁心冲片加开反应槽而制成。笼型启动绕组多为铸铝材料。常见的转子结构有三种,如图8-45所示。为了进一步提高直轴和交轴的磁阻差,可采用图8-46所示的分层式转子铁心结构,图中画线部分为钢,其他部分为铝,两端有端环,形成特殊的笼型绕组。其中,图(a)为2极结构,图(b)为4极结构。 二、反应式微型同步电机 知识点梳理和重点概念复习 2.工作原理 反应式微型同步电机小功率时常做成单相的,功率稍大时也有三相的。现以单相反应式同步电机为例,说明其工作原理。图8-47所示为单相反应式同步电机工作原理。定子铁心用硅钢片冲制叠压而成,磁极各有一个裂口,在对角的半个磁极铁心上各套一只短路环,如同单相罩极异步电动机的定子铁心。定子铁心上装有励磁线圈。转子用硬磁材料做成凸极式,一经磁化便产生固定的磁极。 二、反应式微型同步电机 知识点梳理和重点概念复习 当定子绕组通人交流电时,由于短路环的电磁感应作用,像罩极异步电动机的定子铁心样,在电机的气隙中产生旋转磁场。定子旋转磁场的形成如图8-47所示。从图中可知,电流变化一周,定子磁场旋转一周。转子在磁场中被磁化,形成磁性固定不变的磁极。由于磁极的相互作用,转子被定子磁场吸引,由于定子磁场在旋转,转子也就跟随定子磁场以同步转速旋转。 二、反应式微型同步电机 知识点梳理和重点概念复习 3.特点和用途 这种微型同步电机和大型同步电机一样,不能自行启动。若要使其自行启动,必须装启动绕组,产生启动转矩,所以其启动转矩是由转子上的笼型启动绕组产生的。在转子加速到接近同步转速时,依靠磁阻转矩将转子牵入同步并在同步下运行,启动绕组失去启动作用。转子上没有励磁绕组和滑环,也不使用永磁材料,其磁场由定子磁通产生。由于没有滑动接触,又由于笼型绕组在正常运行时起到阻尼绕组的作用,因此,运行稳定可靠。这种电动机可以改变定子、转子磁极对数,改变转子转速,也可以改变交流电的频率来改变转速。这种电动机结构简单、成本低廉,可用于记录仪表、摄影机、录音机及复印机等设备中。 二、反应式微型同步电机 知识点梳理和重点概念复习 1.基本结构 磁滞电机是一种利用磁滞材料产生磁滞转矩而运行的同步电机。这类电动机的定子结构和异步电动机相似,可以做成三相或单相。 单相磁滞电机常用电容器分相,在容量特别小时,也有用罩极式的,或与爪极定子相结合成为罩极一爪极准式磁滞电机。磁滞电机用作陀螺电机时，通常做成外转子式。 三、磁滞式同步电机 知识点梳理和重点概念复习 磁滞电机转准子的有效层由具有显著磁滞特性的硬磁材料制成。但不预先充磁,它的磁化是在电动机启动过程中直接依靠定子磁场进行的。转子为光滑的圆柱体分内层和外层。外层由磁滞材料构成,内层是非磁性的或磁性的套筒,如图8-48所示。磁滞材料有铁钴钒系合金。 三、磁滞式同步电机 知识点梳理和重点概念复习 2.工作原理 图8-49所示为磁滞电机转矩作用原理图。假设磁滞电机是实心的,定子旋转磁场用永久磁铁代替。在永久磁铁磁场的作用下,转子被磁化,其轴线与永久磁铁磁场(旋转磁场)的轴线(N-S)重合,如图8-49(a)所示。这两个磁场的相互作用力是径向的,没有切向力,不能产生转矩。 三、磁滞式同步电机 知识点梳理和重点概念复习 如果转子是软铁制成,且不产生涡流和磁滞现象,当永久磁铁绕转子轴转动时,已被磁化的转子磁场轴向(N-S)将随永久磁铁的磁场转动而不滞后(转子本身并不转动),它们之间相互作用产生的力也是径向的,也不会有转矩产生,如图8-49(b)所示。如果转子由硬磁材料制成,并且具有良好的磁滞特性,那么当转子转动某一角度时,转子由于磁滞(即保持原有磁性不随外界磁场而变化的性质),使定子磁场和转子磁场间的作用力方向发生改变,不仅有径向力,还产生切向力。这同永磁体转子产生的切向力相似,因而产生了转矩如图8-49(c)所示。 三、磁滞式同步电机 知识点梳理和重点概念复习 3.特点和用途 磁滞电机具有较大的启动转矩,能自行牵人同步,并稳定在同步状态运转;并且结构简单、工作可靠、机械强闕度高,适合于高速运转;还具有启动电流小、电磁噪声低的特点。但与其他类型同步电机比较,磁滞电机的重量和体积较大,价格较贵,效率和功率因数都较低。磁滞电机一般用于120W以下要求转速恒定的场合,特别适宜于在转动惯量较大、启动频繁、恒转矩、高速类驱动装置上使用。 三、磁滞式同步电机 常考习题练习与讲解—选择题 答案：A 解析：录音卡座需平稳运转以保证音质，适配磁滞式电机低振动、低噪声的特点。 1.磁滞式同步电机常用于下列哪种设备？（ ） A. 录音卡座 B. 矿山机械 C. 家用洗衣机 D. 电动自行车 22 常考习题练习与讲解—选择题 答案：C 解析：磁滞式转子为磁滞材料，转矩来自磁滞效应；反应式转子为普通铁芯，转矩来自磁阻效应，这是二者的核心区别。 2.磁滞式同步电机与反应式的主要区别在于（ ） A. 是否需要电源 B. 转速是否同步 C. 转子材料及转矩来源 D. 定子是否有绕组 23 常考习题练习与讲解—选择题 答案：A 解析：自动记录仪负载轻，对转矩要求低，适配反应式电机的特性；电梯、压缩机、精密打印机需更大转矩或更高精度，不适用。 3.反应式微型同步电机常用于下列哪种设备？（ ） A. 自动记录仪 B. 电梯驱动 C. 空调压缩机 D. 精密打印机 24 常考习题练习与讲解—选择题 答案：C 解析：二者均属于同步电机，核心特征是转速与定子旋转磁场转速（由电源频率决定）保持同步。 4.反应式微型同步电机与永磁式的共同点是（ ） A. 转子都含永磁体 B. 都需启动绕组 C. 转速都与电源频率同步 D. 转矩都很大 25 常考习题练习与讲解—选择题 答案：C 解析：二者均属于同步电机，核心特征是转速与定子旋转磁场转速（由电源频率决定）保持同步。 5.反应式微型同步电机与永磁式的共同点是（ ） A. 转子都含永磁体 B. 都需启动绕组 C. 转速都与电源频率同步 D. 转矩都很大 26 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：转子跟随定子旋转磁场转动，故转动方向由定子旋转磁场方向决定。 6.反应式微型同步电机运行时，转子的转动方向由（ ）决定 A. 负载方向 B. 定子旋转磁场方向 C. 启动绕组电流方向 D. 磁阻大小 27 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：转子跟随定子旋转磁场转动，故转动方向由定子旋转磁场方向决定。 7.反应式微型同步电机运行时，转子的转动方向由（ ）决定 A. 负载方向 B. 定子旋转磁场方向 C. 启动绕组电流方向 D. 磁阻大小 28 常考习题练习与讲解—选择题 答案：C 解析：反应式电机的核心缺点是转矩较小，“转矩大”并非其特点。 8.下列哪项不是反应式微型同步电机的特点？（ ） A. 结构简单 B. 成本低 C. 转矩大 D. 需启动绕组 29 常考习题练习与讲解—填空题 答案：振动 解析：磁滞转矩变化平稳，避免了启动和运行中的剧烈转矩波动，振动和噪声较小。 1.磁滞式同步电机运行时________小、噪声低，适合对运行平稳性要求高的场合。 30 常考习题练习与讲解—填空题 答案：钟表（或打印机、复印机等合理答案） 解析：其转速稳定、定位精准的特点，适配钟表、精密打印设备等场景。 2.永磁式微型同步电机常用于________、小型风扇等家电及精密仪器中。 31 常考习题练习与讲解—填空题 答案：玩具（或小型指示装置等合理答案） 解析：因转矩较小，适合负载轻、成本敏感的玩具、小型指示设备等。 3.反应式微型同步电机多应用于________、自动记录仪等对转矩要求不高的设备。 32 常考习题练习与讲解—填空题 答案：电唱机（或精密传动机构等合理答案） 解析：低振动、低噪声的优势，使其适用于电唱机、录音设备等需平稳运转的场景。 4.磁滞式同步电机可用于________、录音卡座等对运行平稳性要求高的设备。 33 常考习题练习与讲解—判断题 答案：√ 解析：转速严格跟随电源频率，稳定性好，适配精密仪器的需求。 1.永磁式微型同步电机常用于对转速稳定性要求高的精密仪器。（ ） 34 常考习题练习与讲解—判断题 答案：× 解析：反应式电机依赖磁阻转矩，转矩较小；永磁式电机因转子磁场强，转矩更大。 2.反应式微型同步电机的输出转矩比永磁式更大。（ ） 35 常考习题练习与讲解—判断题 答案：× 解析：在额定负载内，同步电机转速仅由电源频率决定，与负载无关。 3. 磁滞式同步电机的转速会随负载增大而降低。（ ） 36 常考习题练习与讲解—判断题 答案：√ 解析：反应式转子无永磁体和复杂结构，最简洁；磁滞式无需启动机构，启动性能最优。 4.三种微型同步电机中，反应式的结构最简单，磁滞式的启动性能最好。（ ） 37 常考习题练习与讲解—简答题 答案：定子绕组通入交流电后产生旋转磁场；转子由永磁材料制成，自带恒定磁场；根据“异性相吸”原理，定子旋转磁场会牵引转子永磁磁场同步转动，从而带动负载运转。 1.简述永磁式微型同步电机的基本工作原理。 38 常考习题练习与讲解—简答题 答案：因转子无永磁体，仅靠磁阻无法产生启动转矩，故需启动绕组。启动时，启动绕组产生异步转矩带动转子转动；当转子转速接近同步转速时，定子旋转磁场的磁阻转矩将转子牵入同步，启动绕组随后失效。 2.反应式微型同步电机为何需要启动绕组？启动过程是怎样的？。 39 常考习题练习与讲解—简答题 答案：核心优势是无需启动机构、运行平稳。原理：转子磁滞材料在定子旋转磁场作用下产生磁滞效应，形成的磁滞转矩既能提供启动转矩，又能在同步运行时保持平稳；无启动绕组的机械和电磁冲击，故运行振动小、噪声低。 3.磁滞式微型同步电机的核心优势是什么？请结合原理说明。 40 常考习题练习与讲解—简答题 答案：① 结构：永磁式转子含永磁材料，反应式转子仅为带齿槽的铁芯（无永磁体）；定子结构相似。② 转矩：永磁式依赖定子旋转磁场与转子永磁磁场的吸引力，转矩较大；反应式依赖磁阻差异，转矩较小。 4.比较永磁式和反应式微型同步电机在结构和转矩上的差异。 41 重点复习知识点： 1. 结构与分类：三类微型同步电机定子均含绕组（通交流电产生旋转磁场），核心区别在转子：永磁式含永磁体，反应式为带齿槽铁芯，磁滞式由磁滞材料制成，可通过转子特征快速区分类型。 2. 原理与启动：永磁式靠定转子磁场吸引驱动，无需启动绕组；反应式依赖磁阻效应，需启动绕组辅助启动；磁滞式利用磁滞效应，自带启动能力，启动平稳且无需额外机构。 3. 特性与用途：永磁式转速稳、精度高，适用于精密钟表；反应式成本低、转矩小，多用于玩具；磁滞式振动小、噪声低，适配电唱机等对平稳性要求高的设备。 阅读相关教材和课堂笔记，梳理重点知识点和关键概念。制作复习提纲或思维导图，以帮助理清知识框架和内部逻辑。进行练习题和例题的练习，加深对知识的理解和应用。 课堂小结 42 $